(57)【要約】【課題】  φ５ｍｍ以下の微小なファイバの光入射開口部に、紫外線硬化に適する３００〜４００ｎｍの紫外光を効率よく集光し、かつ３００ｎｍ未満の有害波長の紫外線をカットするためのカットフィルタを使用することなく、対象物に３００〜４００ｎｍの紫外光を効率的に照射する紫外光照射装置を提供すること。【解決手段】  石英ガラスからなる放電容器に一対のタングステン電極が対向配置しており、この放電容器に、０．０８〜０．３０ｍｇ／ｍｍ３の水銀と、希ガスと、ハロゲンを封入し、電極間距離が０．５〜１．８ｍｍであり、３００〜４００ｎｍの紫外光を効率よく照射する高圧水銀ランプと、該高圧水銀ランプからの光を集光する集光手段とを有し、該集光手段によりφ５mm以下の領域に３００〜４００ｎｍの紫外光を集光して被照射物に照射することを特徴とする紫外光照射装置とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラスからなる放電容器に一対のタングステン電極が対向配置しており、この放電容器に、０．０８〜０．３０ｍｇ／ｍｍ３の水銀と、希ガスと、ハロゲンを封入し、電極間距離が０．５〜１．８ｍｍであり、３００〜４００ｎｍの紫外光を効率よく照射する高圧水銀ランプと、
該高圧水銀ランプからの光を集光する集光手段とを有し、
該集光手段によりφ５mm以下の領域に３００〜４００ｎｍの紫外光を集光して被照射物に照射することを特徴とする紫外光照射装置。
【請求項２】
前記高圧水銀ランプの水銀量が０．１３〜０．３０ｍｇ／ｍｍ３であることを特徴とする請求項1に記載の紫外線照射装置。
【請求項３】
前記高圧水銀ランプはハロゲン量を２×１０−４〜７×１０−３μmol／ｍｍ３封入されたことを特徴とする請求項１または請求項2のいずれかに記載の紫外光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ショートアーク型の高圧水銀ランプから放射される紫外光を集光して被処理物に照射する紫外光照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光照射装置から放射される光を被処理物である接着剤、塗料、インキ、レジストなどに照射して硬化させたり乾燥させることが、例えば特許文献１に記載されているように、行われている。そして、光照射処理が光ディスク用のピックアップレンズの接着や、電子部品の基板への接着の場合などは、微小域に光を照射する必要があり、この場合は、具体的には、光照射装置の光出射部に導光ファイバを取り付け、光源ランプの光をφ５ｍｍ以下の微小な導光ファイバの光入射開口部に集光させ照射対象となる微小域に照射する。
【０００３】
従来、当該用途の光源ランプとしては特許文献１に記載あるように高圧水銀ランプや特許文献２に記載あるようにキセノン水銀ランプが使用されている。これらのランプは主に３６５ｎｍを主体とした水銀の輝線を利用するショートアーク放電ランプとして開発され多用されている。
【０００４】
しかしながら、例えば、2枚の樹脂材料をその間に挟んだ紫外線硬化接着剤を硬化することで貼り合わせるといった用途に対しては、これらの放電ランプの放射する３００ｎｍ未満の波長の紫外線によって、樹脂材料の表面から樹脂が紫外線劣化を起こすことがある。また、液晶用ガラス基板の貼り合せ工程において、微小な面積に紫外光を照射して、ガラス基板を仮止めする工程がある場合がある。その際に、そのガラス材質が透明な硼珪酸ガラスであり、３００ｎｍ未満の遠紫外光を吸収して温度が上がり、変形するという。そのために、これらの用途では、３００ｎｍ未満の波長の紫外線を被照射物に照射しないように、３００ｎｍ未満の波長の紫外線をカットするカットフィルタを併せて使用していた。
【特許文献１】特開平0１−２５０９０７号公報
【特許文献２】特公平０６−９２４４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明の目的は、φ５ｍｍ以下の微小なファイバの光入射開口部に紫外線硬化に適する３0０〜４００ｎｍの紫外光を効率よく集光し、かつ３００ｎｍ未満の有害波長の紫外線をカットするためのカットフィルタを使用することなく、紫外線硬化する被照射物に３0０〜４００ｎｍの紫外光を効率よく照射する紫外光照射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、石英ガラスからなる放電容器に一対のタングステン電極が対向配置しており、この放電容器に、０．０８〜０．３０ｍｇ／ｍｍ３の水銀と、希ガスと、ハロゲンを封入し、電極間距離が０．５〜１．８ｍｍであり、３0０〜４００ｎｍの紫外光を効率よく照射する高圧水銀ランプと、該高圧水銀ランプからの光を集光する集光手段とを有し、該集光手段によりφ５ｍｍ以下の領域に３００〜４００ｎｍの紫外光を集光して被照射物に照射することを特徴とするとするものである。
【０００７】
また、請求項2に記載の発明は、前記高圧水銀ランプの水銀量が０．１３〜０．３０ｍｇ／ｍｍ３であることを特徴とする請求項1に記載の紫外線照射装置とするものである。
【０００８】
そして、請求項3に記載の発明は、前記高圧水銀ランプはハロゲン量を２×１０−４〜７×１０−３μmol／ｍｍ３封入されたことを特徴とする請求項１または請求項2のいずれかに記載の紫外光照射装置とするものである。
【０００９】
微小な面積に紫外光を照射する放電ランプとしては、前述のように主に３６５ｎｍを主体とした水銀の輝線を利用するショートアーク型の放電ランプが使われてきている。これらの放電ランプの水銀封入密度は数十ｍｇ／ｃｍ３程度であるが、水銀密度を上げていくと放射スペクトルは輝線が低下しその周りの連続成分が水銀密度上昇に伴い高くなることが知られている。
【００１０】
一方、放電ランプにおいて、放射される光を集光して利用する場合には光源自身の大きさを小さくすることが望まれている。しかし、水銀密度を一定にしたままで単純に極間距離を短くすることにより光源を小型化してしまうと、ランプ電圧が取れないために電気入力の光への変換効率が低下することが知られている。
【００１１】
一般にファイバ光学系においてはφ５ｍｍ以下の開口に約４５°以内の角度で光を集光させる必要がある。
本発明者は、３0０〜４００ｎｍの波長の紫外光を効率よく発光させる放電ランプを研究し、効率よくφ５ｍｍ以下のファイバの光入射開口部にその発光を集光させるための最適な放電ランプと集光光学系を鋭意検討し、本発明を完成したものである。
【発明の効果】
【００１２】
石英ガラスからなる放電容器に一対のタングステン電極が対向配置しており、この放電容器に、０．０８〜０．３０ｍｇ／ｍｍ３の水銀と、希ガスと、ハロゲンを封入し、電極間距離が０．５〜１．８ｍｍであり、３0０〜４００ｎｍの紫外光を効率よく照射する高圧水銀ランプと、集光手段によりφ５mm以下の領域に集光して３0０〜４００ｎｍの紫外光を利用する紫外光照射装置とすることで、３0０〜４００ｎｍの紫外光の集光効率を高くすることができる。
【００１３】
また、この放電容器内の水銀量を０．１３〜０．３０ｍｇ／ｍｍ３とすると、さらに、２００〜３００ｎｍの波長の短い紫外線が少なくなる。
【００１４】
ハロゲンの封入量を２×１０−４〜７×１０−３μmol／ｍｍ３とすると、ハロゲンの働きにより放電容器の黒化・白濁を抑制し、光透過率が維持される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は本発明の典型的実施の形態である紫外線照射装置１００を示す。紫外線照射装置１００は灯体２０内に高圧水銀ランプ１と該放電ランプからの放射光を集光する楕円反射鏡２と該楕円反射鏡２からの集光を反射し、光ガイド２２へ導く平面反射鏡3とから構成される。楕円反射鏡はガラス製で反射面に多層蒸着膜を施している。多層蒸着幕の特性は紫外線を反射し、可視域から赤外域の光を透過させるものである。光源である高圧水銀ランプ１は図２に概略を示すが、石英ガラスよりなり、中央の放電容器１０とその両端につながる細長の封止部１１より構成される。封止部１１の両端には口金３０が具備される。放電容器１０の中には一対の電極１５，１６が１．０ｍｍ程度の間隔をもって配置される。電極１５，１６の後端は封止部の中に埋設されて金属箔１７に溶接される。金属箔１７の他端は外部リード（不図示）が接続される。図２では放電容器１０部分は断面図で示している。光ガイド２２の入射端部２２Ａはφ５ｍｍとなっている。
【００１６】
放電容器には発光物質として水銀が封入され、また、点灯始動ガスとしてアルゴン、キセノン等の希ガスが封入される。
水銀の封入量は０．０８〜０．３０ｍｇ／ｍｍ３であり、とくには０．１３〜０．３０ｍｇ／ｍｍ３が望ましい。ハロゲンの封入量は２×１０−４〜７×１０−３μmol／ｍｍ３であり、このハロゲンの働きにより放電容器の黒化・白濁を抑制し、光透過率が維持される。
【００１７】
放電ランプの寸法を例示すれば、最大外径１０．５ｍｍ、最大内径４．５ｍｍ、放電容器の内容積７５ｍｍ３、定格電力１５０Ｗである。ランプ１から出た光の内、紫外線は楕円反射鏡２に反射され、平面反射鏡３で反射し、光ガイド２２の入射端部２２Ａに集光される。光ガイド２２は例えば石英ファイバを束ねたものである。
【００１８】
次に、図３には従来の紫外線照射装置の高圧水銀ランプと本発明の紫外線照射装置の高圧水銀ランプの各波長域、すなわち２００〜３００ｎｍ、３００〜４００ｎｍ、４００〜５００ｎｍでの光の発生効率で比較して示す。光の発生効率とは、光出力値を電気入力値で除した値を％表記したものである。従来のランプとしては、水銀量０．０３ｍｇ／ｍｍ３の高圧水銀ランプである。この図３を見て明らかなように、従来の高圧水銀ランプでは、２００〜３００ｎｍの短波長の紫外光がよく放射されているのが分かる。それに対して、本発明の装置に適用される高圧水銀ランプは３００〜４００ｎｍの波長域の放射の強さを維持しつつ２００〜３００ｎｍのＵＶ光の放射量が従来の高圧水銀ランプと比し、大きく減少しているのが分かる。
【００１９】
次に、図４は電極間距離を変化させたときの本発明の高圧水銀ランプと従来から使用されている水銀量０．０３ｍｇ／ｍｍ３の高圧放電ランプの３００〜４００ｎｍの出力光がφ５の照射領域へ集光する集光効率を表したものである。
電極間距離０．５ｍｍのデータが下限値となっているが、これは電極間距離０．５ｍｍ未満であると再現性良く高圧水銀ランプの製作ができないため、製造面で支障があることによる。
【００２０】
図４から分かるように、電極間距離が１．８ｍｍより短ければ、従来の高圧水銀ランプと比べて集光効率が大きくなることが分かる。特に、電極間が１．５ｍｍより短くなると３００〜４００nmの光の集光効率が６％を超え、優れて改善される。
【００２１】
実際に、φ５の大きさの照射領域に紫外光を照射して樹脂材料の硬化を行った。従来の紫外線照射装置としては、水銀封入量０．０３ｍｇ／ｍｍ３でハロゲンは含まず、電極間距離２ｍｍで出力２５０Ｗの高圧水銀ランプを使用した。本発明の紫外線照射装置としては水銀量０．１３ｍｇ／ｍｍ３で、ハロゲン量が５×１０−３μmol／ｍｍ３、電極間距離１ｍｍで出力１５０Ｗの高圧水銀ランプである。
【００２２】
従来の紫外線照射装置と比べ、前述の通り３００〜４００ｎｍの紫外線硬化に有効な波長の光が効率よく放射され、３００ｎｍ未満の有害波長の紫外線をカットするためのカットフィルタを使用することなく、かつ、φ５mmの照射域に効率よく集光するために、出力が小さいにもかかわらず、従来の装置と遜色なく、瞬時の硬化が得られた。すなわち従来の紫外線照射装置と比べ省エネルギーの照射装置となった。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の紫外線照射装置の構成図である。
【図２】本発明の装置に適用される高圧水銀ランプの概略図である。
【図３】水銀封入量を変えたときの高圧水銀ランプの光の発生効率を示す。
【図４】３００〜４００ｎｍの出力のφ５mmの照射領域への集光効率を示す。
【符号の説明】
【００２４】
１  高圧水銀ランプ
２  楕円反射鏡
３  平面反射鏡
１０  放電容器
１１  封止部
１５  電極
１６  電極
１７  金属箔
２０  灯体
２２  光ガイド
２２Ａ  入射端部
３０  口金
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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